摘 要：該文對(duì)晶閘管投切電容器技術(shù)進(jìn)行了探討。提出了該系統(tǒng)的分類，重點(diǎn)對(duì)TSC系統(tǒng)的主電路和檢測(cè)及控制系統(tǒng)進(jìn)行了介紹，并對(duì)該技術(shù)的不足進(jìn)行了探討，指出了目前的研究動(dòng)向。

關(guān)鍵詞：晶閘管投切電容器 控制系統(tǒng) 檢測(cè)系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TM761 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2012）12（c）-00-02

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，電能質(zhì)量問(wèn)題日益得到重視，許多新技術(shù)設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生。目前，為了減少損耗以及調(diào)整電壓，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，在各級(jí)變電站里廣泛使用了新型電容器組進(jìn)行系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償，這些電容器組的正常運(yùn)行對(duì)降低線損和提高電能質(zhì)量起著重要作用。晶閘管投切電容器就是其中的一種，于近年來(lái)得到了較大發(fā)展。晶閘管投切電容器具有無(wú)功功率補(bǔ)償性能的優(yōu)良動(dòng)態(tài)，適合經(jīng)常有波動(dòng)性負(fù)荷和沖擊性負(fù)荷的電網(wǎng)。與機(jī)械投切電容器相比，晶閘管作為電容器的投切開(kāi)關(guān)克服了采用機(jī)械開(kāi)關(guān)觸頭易受電弧作用而損壞的缺點(diǎn)，可頻繁投切，且投切時(shí)刻可精確控制。晶閘管投切電容器的上述優(yōu)良的動(dòng)態(tài)性能，促使其近年發(fā)展迅猛，該文對(duì)該技術(shù)的現(xiàn)狀及最新發(fā)展動(dòng)向進(jìn)行了介紹。

1 晶閘管投切電容器的分類

晶閘管投切電容器（thyristor switched capacitor，簡(jiǎn)稱TSC）是利用晶閘管作為無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的無(wú)功補(bǔ)償裝置，它根據(jù)晶閘管具有精確的過(guò)程，迅速并平穩(wěn)的切割電容器，與機(jī)械投切電容器相比，晶閘管具有操作壽命長(zhǎng)，開(kāi)、關(guān)無(wú)觸點(diǎn)，抗機(jī)械應(yīng)力能力強(qiáng)和動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)特性優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn)。晶閘管的投切時(shí)刻可以精確控制，能迅速的將電容器接入電網(wǎng)，有力的減少了投切時(shí)的沖擊電流的優(yōu)點(diǎn)。TSC可按電壓等級(jí)或按應(yīng)用范圍劃分。按電壓等級(jí)劃分為：低壓補(bǔ)償方式和高壓補(bǔ)償方式。低壓補(bǔ)償方式適用于1 kV及以下電壓的補(bǔ)償，高壓補(bǔ)償方式（即補(bǔ)償系統(tǒng)直接接入電網(wǎng)進(jìn)行高壓補(bǔ)償）則對(duì)6～35 kV電壓進(jìn)行補(bǔ)償。TSC按應(yīng)用范圍劃分為：負(fù)荷補(bǔ)償方式和集中補(bǔ)償方式。負(fù)補(bǔ)償方式是直接對(duì)某一負(fù)荷進(jìn)行針對(duì)性動(dòng)態(tài)補(bǔ)償以消除對(duì)電網(wǎng)的無(wú)功沖擊，集中補(bǔ)償方式是對(duì)電網(wǎng)供電采取系統(tǒng)的補(bǔ)償，以解決整個(gè)電網(wǎng)無(wú)功功率波動(dòng)的問(wèn)題。

2 TSC的主電路

目前，TSC只有兩個(gè)工作狀態(tài)：投入和切除狀態(tài)。在投入狀態(tài)下，雙向晶閘管導(dǎo)通，電容器并入線路中，TSC向系統(tǒng)發(fā)出容性無(wú)功功率；切除狀態(tài)下，雙向晶閘管（或反向并聯(lián)晶閘管）阻斷，TSC的支路并不起到任何作用，不輸出無(wú)功功率。TSC主電路設(shè)計(jì)除了滿足分級(jí)快速補(bǔ)償要求外，還應(yīng)考慮限制并聯(lián)電容器組的合閘涌流和抑制高次諧波等問(wèn)題。TSC的關(guān)鍵技術(shù)是如何保證電流無(wú)沖擊，常見(jiàn)的接線方式有兩種：晶閘管與二極管反并聯(lián)接線方式和晶閘管反并聯(lián)接線方式。在TSC系統(tǒng)中，晶閘管反并聯(lián)方式是促使兩個(gè)晶閘管輪流觸發(fā)，接通和斷開(kāi)補(bǔ)償回路。晶閘管反并聯(lián)方式的可靠性非常高，即使是某項(xiàng)損壞了一個(gè)晶閘管，也不會(huì)導(dǎo)致電容器投入失效或錯(cuò)誤。晶閘管和二極管反并聯(lián)方式與晶閘管反并聯(lián)方式相比之下，速率較差，但經(jīng)濟(jì)且操作簡(jiǎn)便。晶閘管閥承受的最大反相電壓對(duì)于晶閘管反并聯(lián)方式是將電容器上的殘壓放掉時(shí)的電源電壓的峰值，晶閘管和二極管反并聯(lián)方式是電源電壓峰值的2倍。TSC系統(tǒng)中，為了限制因晶閘管誤觸發(fā)或事故情況下引起的合閘涌流，主電路中須安裝串聯(lián)電抗器，以抑制高次諧波和限制短路電流。而串聯(lián)電抗器后，電容器端的電壓會(huì)升高，所以額定電壓應(yīng)選擇電容器高于電網(wǎng)的。電抗器的類型有空芯電抗器和鐵芯電抗器兩種，其中，而鐵芯電抗器限流效果較差，但造價(jià)低，空芯電抗器的限流效果很好，但造價(jià)也很高。所以選擇時(shí)，應(yīng)通過(guò)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等方面比較來(lái)確定。TSC主回路接線方式根據(jù)晶閘管閥和電容器的連接可分為三相控制的三角形接法、星形接法和其他組合接法。其中三角形與星形的組合接法既綜合了前兩種接法的優(yōu)勢(shì)，也可提升補(bǔ)償裝置的運(yùn)行質(zhì)量，因此更為常用。根據(jù)電容器電壓不能突變的特性，TSC系統(tǒng)投切當(dāng)電網(wǎng)電壓和電容器殘壓相差較大的時(shí)候，則很容易產(chǎn)生沖擊電流。當(dāng)沖擊電流與正常穩(wěn)定電流之比小于1.7倍時(shí)，可以認(rèn)為沖擊電流對(duì)晶閘管和電容器的使用無(wú)影響。投切停止后，電容器上有電網(wǎng)峰值電壓，晶閘管在電網(wǎng)電壓和電容器直流電壓的雙重作用下，存在過(guò)零電壓，過(guò)零點(diǎn)觸發(fā)晶閘管是理想狀態(tài)，不會(huì)產(chǎn)生沖擊電流。

3 TSC的檢測(cè)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)

TSC的檢測(cè)系統(tǒng)用于檢測(cè)電網(wǎng)與負(fù)載系統(tǒng)的相關(guān)變量，包括相位采樣部分、電壓與電流有效值測(cè)算部分、待補(bǔ)無(wú)功量與無(wú)功功率計(jì)算部分等。目前比較先進(jìn)的技術(shù)則是利用微機(jī)同步相位控制技術(shù)和自適應(yīng)晶閘管觸發(fā)技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)檢測(cè)到電容器兩端電壓與電網(wǎng)電壓大小等同，極致一樣時(shí)，瞬時(shí)投入電容器，電流過(guò)零時(shí)晶閘管會(huì)自然斷開(kāi)，無(wú)需對(duì)電容器預(yù)先充電，也無(wú)需加裝限流電抗器及專門的放電電阻，則可隨時(shí)實(shí)現(xiàn)無(wú)投切電容器。依據(jù)電網(wǎng)與負(fù)載的不同功能和需求，TSC的控制系統(tǒng)可分為開(kāi)環(huán)控制、閉環(huán)控制和復(fù)合控制三種?？刂莆锢碜兞堪娏?、無(wú)功功率、電網(wǎng)電壓、全周期時(shí)間、功率因數(shù)角和相位差角等。根據(jù)電信號(hào)參數(shù)，對(duì)電信號(hào)變量分析處理，在電容組合方式中選出最接近且不會(huì)過(guò)補(bǔ)償?shù)慕M合方式，對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償。由控制系統(tǒng)發(fā)出投切指令，當(dāng)補(bǔ)償系統(tǒng)所需容量不小于最小一組電容器容量時(shí)，可快速、平穩(wěn)、高效地對(duì)設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)償。

4 晶閘管投切電容器的研究動(dòng)向

目前，采用TSC裝置的缺點(diǎn)是：①補(bǔ)償電容器的投切可靠性低，容易引發(fā)諧振；②功率損耗過(guò)大；③電容器過(guò)電壓；④裝置的制造成本增加、復(fù)雜程度提高及故障率大等；⑤晶閘管投切具有誤觸發(fā)等問(wèn)題。但由于TSC具有動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)膬?yōu)良性能，近年來(lái)該技術(shù)還是在低壓配電網(wǎng)中得到很好的廣泛應(yīng)用。而針對(duì)TSC使用中的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了相應(yīng)的研究，研究?jī)?nèi)容主要針對(duì)以下方面：（1）尋找無(wú)功參量的快速檢測(cè)及控制新方法；（2）研制兼具補(bǔ)償無(wú)功和抑制諧波的多功能產(chǎn)品，控制振蕩問(wèn)題；（3）探尋高壓系統(tǒng)中的TSC 技術(shù)；（4）提高TSC 產(chǎn)品可靠性，并降低其成本等。

5 結(jié)語(yǔ)

該文對(duì)TSC技術(shù)進(jìn)行了探討，重點(diǎn)對(duì)TSC系統(tǒng)的主電路和檢測(cè)及控制系統(tǒng)進(jìn)行了介紹，并對(duì)該技術(shù)的不足進(jìn)行了探討，指出了目前的研究動(dòng)向。TSC裝置具有優(yōu)良的動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償性能，特別適合于具有經(jīng)常沖擊性負(fù)荷和波動(dòng)性負(fù)荷的場(chǎng)所。隨著微電子技術(shù)和電力電子技術(shù)的進(jìn)步，TSC 技術(shù)將會(huì)有更大的發(fā)展應(yīng)用空間。

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